论文部分内容阅读
【摘 要】智能机床的出现，为未来装备制造业实现全盘生产自动化创造了条件。为了加快产品智能化改进的步伐，本文以“第七届中国数控机床展览会”展出的智能化成果为例，从人性化操作界面设计的角度，对数控机床智能化的发展进行研究。
【关键词】数控机床；智能化；操作界面
0.引言
进入21世纪，世界机床技术快速向前发展，在精度、效率、自动化、智能化、网络化、集成化方面，都出现了新的飞跃。在2006年9月6日到13日美国举办的展览会上，日本MAZAK公司第一次展出了智能机床，这是一个重大突破。在今后一段时间内，这种类似的综合性智能化机床引领世界机床技术进入了一个新的发展领域。
1.智能机床具有的六大特色
1）数控系统具有特殊的人机对话功能，在编程时能在监测画面上显示出刀具轨迹等，进一步提高切削效率。
2）有自动防止刀具和工件碰撞的功能，能大大减少突发事故，提高机床工作的可靠性。
3）机床故障能进行远距离诊断。
4）有自动抑制振动的功能，在高速加工过程中，该机能自动抑制振动，大大提高了加工精度。
5）有自动补充润滑油和抑制噪音的功能，能大大改善工作条件。
6）能自动测量和自动补偿，减少高速主轴、立柱、床身热变形对机床的影响，使机床加工精度大大提高。
2.“第七届中国数控机床展览会”的智能成果
2012年4月16日至20日，“第七届中国数控机床展览会”在我国南京“国际博览中心”隆重举行。本届展会，智能化技术应用越来越广泛，机床制造商二次开发能力都有了很大的提高，很多公司都展示了最新的智能化产品。从普及的结果可以看出，数控机床智能化技术的研究方向有以下几点：
2.1智能化加工技术
智能化加工技术主要包括虚拟机床技术，工艺参数修改与选择以及自动加工生产线等技术。
（1）哈斯智能化的控制系统能够监控刀具的主轴负载，当主轴负载超过设定的数值时，机床能够自动调整进给率。友嘉通过分析和比较不同种类CNC数控机床的加工方法，也开发出了自动进给率的调整功能。当刀具磨耗或者破损时，可以通过主轴负载与切削进给率的调变达到保护工件、刀具和机台的作用。切削进给率会依据主轴负载的不同设定，自动做速度上的调整。每一把刀具可以设定5段不同的主轴负荷，此功能也可以设定主轴的最大负荷量，当主轴达到设定的最大负荷量时，机台会即时停止并且产生警讯。
（2）哈斯控制器的页面简洁并且易于理解，使用极为简单，所有的机床设置操作都可以在此页面完成。三一集团的设计人员也改善了此设计页面，为其定制了一套专用的界面，对于不同零件的加工，用户只需要选择不同的参数配置方案即可。
2.2智能化状态监控与维护技术
智能化状态监控与维护技术包括振动检测与抑制、刀具检测、故障自诊断和智能化维护系统等。
（1）大河数控通过分析和比较不同类别CNC数控机床加工技术与设备的功能，在CNC数控机床诊断类和故障排除类增加了相应的功能。机台保养通知功能：机台周保养、月保养以及半年保养的项目说明和时间到达提醒通知，可以保护设备并且延长使用年限。换刀中断故障排除导航：平时当换刀途中，紧急停止或者突然断电卡刀，大约需要15分钟的故障排除时间，而通过导航指示可以在30秒内完成。
（2）友嘉在自我开发的人机界面中，增加了智能主轴动平衡检测与控制系统，可以在线实时检测主轴热、位移、振动、力等物理信息，根据动平衡理论进行在线实时控制，以保证主轴平稳、安全可靠地运行。
（3）沈阳机床在智能化故障诊断系统方面也有了新的改进，根据客户需要，开发出了机床诊断系统，该系统可对机床进行全面诊断，并进行可视化处理，使用者可以在诊断系统主页面清楚地看出故障的具体位置，根据故障区域选择对应的子菜单。
2.3智能化误差补偿技术
智能化误差补偿包括智能主轴热漂移补偿、反向间隙补偿、丝杠螺距误差补偿、测量系统误差补偿等多种补偿技术。三一精机、杭州友嘉等企业在展会上展示出了智能化补偿技术在实际生产中的应用。
（1）三一精机开发了反向间隙补偿、丝杠螺距误差补偿、测量系统误差补偿等多种补偿技术。通过调用激光干涉仪检测的数据，将其数据进行螺距补偿值和垂度补偿值计算，然后将补偿参数按照数控补偿表的格式要求自动生成补偿表，最后将补偿表通过软件直接发送到补偿表应该放置的指定位置，这样大大省去了手动输入补偿数据、拷贝补偿表格的时间。
（2）友嘉和GF阿奇夏米尔在原有系统的基础上，建立了自动温升热变位补偿系统。此功能具备三轴即时之热伸长动态补偿功能，让精度的加工更加优质化。可以通过友嘉的专属人机界面和GF的智能加工技术，自行建立加工时间常数与温度升热变化模态，依据主轴的热变位预设建立热补偿模态，经A/D讯号转换后自动做热伸长补偿。
2.4智能化操作界面与网络技术
智能化操作界面与网络技术包括具有语音提示功能的操作辅助系统和远程访问与监控等功能。
（1）北一大隈在原始操作界面上，设计开发了对话式功能的操作。此页面浅显易懂，在一个画面上显示现在位置、模拟、加工准备表等，可节约40%的程式攥写工时。友嘉和哈斯在原有的操作界面上，建立了多功能刀具表，将刀具表、刀具寿命、大径刀、刀长等，集中于同一个画面显示，方便操作者对刀具的管理以及设定，可以节约30%的操作时间。
（2）哈斯有着自己专属的控制系统和专用键盘的“一键”特征，一直在致力于打造机床行业内最人性化的CNC控制器。在此次展会上，哈斯在操作界面上，又有了新的突破和进展。
哈斯直观的编程系统是一个人机对话式的操作系统，通过浅显易懂的彩色图示界面，引导操作者完成加工工件的所有必要工序。系统会根据输入的信息自动提供主轴速度，切削深度和进给速率等数值，操作人员也可以根据需要更改这些数值。屏幕上有帮助菜单，模拟加工图示可以让操作人员在工件加工执行前对所要进行的操作进行检查。
3.总结
智能机床的出现，为未来装备制造业实现全盘生产自动化创造了条件。智能机床的开发，是在纳米化、高速化、复合化、五轴联动化等浪潮之后的一个新的发展，对将来发展工厂自动化具有很大的影响和促进作用。数控机床智能化的发展前景，非常广阔。
目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理。
【参考文献】
[1]吴振锋.机床传动系统磨损故障智能化诊断技术，制造技术与机床，2000（8）.
[2]陈循介.智能化将引领世界机床技术进入全新的领域，精密制造与自动化，2007（4）.
【关键词】数控机床；智能化；操作界面
0.引言
进入21世纪，世界机床技术快速向前发展，在精度、效率、自动化、智能化、网络化、集成化方面，都出现了新的飞跃。在2006年9月6日到13日美国举办的展览会上，日本MAZAK公司第一次展出了智能机床，这是一个重大突破。在今后一段时间内，这种类似的综合性智能化机床引领世界机床技术进入了一个新的发展领域。
1.智能机床具有的六大特色
1）数控系统具有特殊的人机对话功能，在编程时能在监测画面上显示出刀具轨迹等，进一步提高切削效率。
2）有自动防止刀具和工件碰撞的功能，能大大减少突发事故，提高机床工作的可靠性。
3）机床故障能进行远距离诊断。
4）有自动抑制振动的功能，在高速加工过程中，该机能自动抑制振动，大大提高了加工精度。
5）有自动补充润滑油和抑制噪音的功能，能大大改善工作条件。
6）能自动测量和自动补偿，减少高速主轴、立柱、床身热变形对机床的影响，使机床加工精度大大提高。
2.“第七届中国数控机床展览会”的智能成果
2012年4月16日至20日，“第七届中国数控机床展览会”在我国南京“国际博览中心”隆重举行。本届展会，智能化技术应用越来越广泛，机床制造商二次开发能力都有了很大的提高，很多公司都展示了最新的智能化产品。从普及的结果可以看出，数控机床智能化技术的研究方向有以下几点：
2.1智能化加工技术
智能化加工技术主要包括虚拟机床技术，工艺参数修改与选择以及自动加工生产线等技术。
（1）哈斯智能化的控制系统能够监控刀具的主轴负载，当主轴负载超过设定的数值时，机床能够自动调整进给率。友嘉通过分析和比较不同种类CNC数控机床的加工方法，也开发出了自动进给率的调整功能。当刀具磨耗或者破损时，可以通过主轴负载与切削进给率的调变达到保护工件、刀具和机台的作用。切削进给率会依据主轴负载的不同设定，自动做速度上的调整。每一把刀具可以设定5段不同的主轴负荷，此功能也可以设定主轴的最大负荷量，当主轴达到设定的最大负荷量时，机台会即时停止并且产生警讯。
（2）哈斯控制器的页面简洁并且易于理解，使用极为简单，所有的机床设置操作都可以在此页面完成。三一集团的设计人员也改善了此设计页面，为其定制了一套专用的界面，对于不同零件的加工，用户只需要选择不同的参数配置方案即可。
2.2智能化状态监控与维护技术
智能化状态监控与维护技术包括振动检测与抑制、刀具检测、故障自诊断和智能化维护系统等。
（1）大河数控通过分析和比较不同类别CNC数控机床加工技术与设备的功能，在CNC数控机床诊断类和故障排除类增加了相应的功能。机台保养通知功能：机台周保养、月保养以及半年保养的项目说明和时间到达提醒通知，可以保护设备并且延长使用年限。换刀中断故障排除导航：平时当换刀途中，紧急停止或者突然断电卡刀，大约需要15分钟的故障排除时间，而通过导航指示可以在30秒内完成。
（2）友嘉在自我开发的人机界面中，增加了智能主轴动平衡检测与控制系统，可以在线实时检测主轴热、位移、振动、力等物理信息，根据动平衡理论进行在线实时控制，以保证主轴平稳、安全可靠地运行。
（3）沈阳机床在智能化故障诊断系统方面也有了新的改进，根据客户需要，开发出了机床诊断系统，该系统可对机床进行全面诊断，并进行可视化处理，使用者可以在诊断系统主页面清楚地看出故障的具体位置，根据故障区域选择对应的子菜单。
2.3智能化误差补偿技术
智能化误差补偿包括智能主轴热漂移补偿、反向间隙补偿、丝杠螺距误差补偿、测量系统误差补偿等多种补偿技术。三一精机、杭州友嘉等企业在展会上展示出了智能化补偿技术在实际生产中的应用。
（1）三一精机开发了反向间隙补偿、丝杠螺距误差补偿、测量系统误差补偿等多种补偿技术。通过调用激光干涉仪检测的数据，将其数据进行螺距补偿值和垂度补偿值计算，然后将补偿参数按照数控补偿表的格式要求自动生成补偿表，最后将补偿表通过软件直接发送到补偿表应该放置的指定位置，这样大大省去了手动输入补偿数据、拷贝补偿表格的时间。
（2）友嘉和GF阿奇夏米尔在原有系统的基础上，建立了自动温升热变位补偿系统。此功能具备三轴即时之热伸长动态补偿功能，让精度的加工更加优质化。可以通过友嘉的专属人机界面和GF的智能加工技术，自行建立加工时间常数与温度升热变化模态，依据主轴的热变位预设建立热补偿模态，经A/D讯号转换后自动做热伸长补偿。
2.4智能化操作界面与网络技术
智能化操作界面与网络技术包括具有语音提示功能的操作辅助系统和远程访问与监控等功能。
（1）北一大隈在原始操作界面上，设计开发了对话式功能的操作。此页面浅显易懂，在一个画面上显示现在位置、模拟、加工准备表等，可节约40%的程式攥写工时。友嘉和哈斯在原有的操作界面上，建立了多功能刀具表，将刀具表、刀具寿命、大径刀、刀长等，集中于同一个画面显示，方便操作者对刀具的管理以及设定，可以节约30%的操作时间。
（2）哈斯有着自己专属的控制系统和专用键盘的“一键”特征，一直在致力于打造机床行业内最人性化的CNC控制器。在此次展会上，哈斯在操作界面上，又有了新的突破和进展。
哈斯直观的编程系统是一个人机对话式的操作系统，通过浅显易懂的彩色图示界面，引导操作者完成加工工件的所有必要工序。系统会根据输入的信息自动提供主轴速度，切削深度和进给速率等数值，操作人员也可以根据需要更改这些数值。屏幕上有帮助菜单，模拟加工图示可以让操作人员在工件加工执行前对所要进行的操作进行检查。
3.总结
智能机床的出现，为未来装备制造业实现全盘生产自动化创造了条件。智能机床的开发，是在纳米化、高速化、复合化、五轴联动化等浪潮之后的一个新的发展，对将来发展工厂自动化具有很大的影响和促进作用。数控机床智能化的发展前景，非常广阔。
目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理。
【参考文献】
[1]吴振锋.机床传动系统磨损故障智能化诊断技术，制造技术与机床，2000（8）.
[2]陈循介.智能化将引领世界机床技术进入全新的领域，精密制造与自动化，2007（4）.